With the advancement of optical design and manufacturing technology, optical components have found diverse applications, spanning from semiconductors to the aerospace industry. A reflective mirror is a basic component in optics and plays a crucial role as the medium to reflect light. In this paper, a large mirror with a 700mm diameter was designed as a primary mirror using fused silica. The rear side of the mirror was subdivided into several equal angles, and neighboring vertices on the circumference were connected to establish a polygon. Accordingly, the geometric shapes of triangle, square, pentagon, and hexagon were formed. Furthermore, the mirror structure was strengthened by employing straight lines passing the vertices and the center of the circle. Based on the finite element analysis, deformations of the mirrors caused by the gravitational force were evaluated. Weight and deformation of the mirror structures were compared and analyzed to find a proper structure to reduce weight and deformation. This paper, therefore, presents a structural solution aimed at reducing the weight and deformation of a large aperture mirror induced by gravitational forces, thereby suggesting a geometric shape based structure to reduce surface deformation of a mirror.

본 논문에서는 보의 대변형 및 비틀림 변형을 고려한 인간동력항공기 주익 main spar 질량 최적화 과정을 소개한다. 순차적 이차 프로그래밍 기법(sequential quadratic programming)을 최적화 기법으로 선정해 구조 최적설계에 적절한 최적화 알고리즘을 수행하였다. Main spar 내부 직경, 적층 두께 등을 설계변수로 설정하였다. 목적함수에는 질량 최소화, 굽힘 변형 변위 일정, 그리고 비틀림 변형 각도 일정 등의 요소를 포함하였다. 굽힘과 비틀림 변형 계산엔 대변형 해석에 적합한 기하학적 정밀 보 모델을 도입하였으며, 기하학적 정밀 보 모델에 필요한 단면 물성은 Variational Asymptotic Beam Sectional Analysis(VABS) 단면 해석프로그램를 통해 계산하였다. 그 결과 main spar의 굽힘 변형 및 비틀림 변형을 최대 1.45% 이내로 유지한 채로 7.88%의 질량 감소를 이루는 최적설계를 도출하였다, 이후 응력복원 및 변형률 복원을 통해 최적설계의 구조적 안정성과 최적화 과정의 타당성을 검증하였다.